CN101059793A - 用于心脏病学和病人监护数据分析的多层*** - Google Patents
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Abstract
在多层病人监护数据分析***(10)中,算法服务器(16)作为中间层被放置在可以看作下层的采集设备(14)与可以看作上层的用于数据库(18)的存储设备之间,所述采集设备例如是心电图机或病人监护仪,所述存储设备例如是医院或门诊的中央计算机的存储设备。算法服务器(16)从实时采集设备(14)收集当前的数据,并从数据库(18)中获得先前存储的ECG信号数据。算法服务器(16)包含ECG分析算法,并利用当前和存储的ECG信号数据运行一个或多个算法。分析算法还可在采集设备(14)上运行。该***提供对病人健康关键的快速、广泛和彻底的ECG分析。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于心脏病学和病人监护数据分析的多层***,其中算法服务器被置于诸如心电图机之类的实时ECG信号数据采集设备与所存储的心脏病学信息的数据库之间。
背景技术
心电描记术采用伴随心脏的生理机能的电现象来用于诊断和其他目的。将电极施加于病人的胸部和四肢来收集心电(ECG)信号数据并将其提供给采集单元,该采集单元通常为心电图机或病人监护仪。电极中的信号在前置放大器中被放大,并且通常被显示在屏幕和/或移动的纸带上以供主治的心脏病专家或其他临床医生检查和分析。该ECG信号数据还被数字化,以用于在存储器中存储并供计算机ECG分析算法使用。
然而,仅仅有限量的ECG信号数据通常可供这种采集装置使用,例如在与病人的单个会话期间所获得的数据。诸如病人监护仪之类的采集装置除ECG监护之外还可执行其他任务或功能。这会限制可供ECG分析所使用的计算能力,从而使减少监护仪中分析算法的复杂性成为必要或者使分析过程变慢。这限制了所能执行的分析的类型以及所能执行它的彻底性。例如,如果期望在ECG信号数据中所得到的心跳波形的实时形状分析,则这可能需要将信号数据从采集单元转移到包含更复杂算法的单独分析装置。考虑到心电状况通常的临界特性,伴随前述的这些限制和延迟对病人有可能产生不利后果。
在另一实例中,在胸痛门诊中,将当前获得的ECG信号数据与先前采集的ECG信号数据进行便利、快速的串行(serial)比较对于确定病人的心脏状况是否存在变化是必要的。然而,在大多数情况下,先前采集的ECG信号数据被存储在远程数据库中,例如门诊或医院的中央计算机。当前,因此常常需要将来自心电图机或病人监护仪的ECG信号数据加载到不同的装置中,例如具有存储先前采集的ECG信号数据的数据库的中央门诊或医院计算机。此后可以运行串行比较。将会认识到,这可能是有害于病人的不方便和/或耗时的过程。
为了避免或限制这种后果,快速、广泛和彻底的ECG分析是病人健康的关键。应当将与这种分析相关的不便性降到最低程度,以鼓励恰当算法的使用和/或避免影响ECG数据分析和解释的精度,也防止对病人的损害。
发明内容
本发明的实施例通过提供一种多层***来克服前述以及其他缺点,在该多层***中,算法服务器作为中间层被放置在可以看作下层的采集设备和可以看作上层的用于数据库的存储设备之间,所述采集设备例如是心电图机、病人监护仪或者与当前ECG信号数据相联系的病人旁边的终端,所述存储设备例如是医院或门诊的中央计算机服务器的存储设备。该算法服务器从实时采集设备中收集当前的数据,并从数据库中获得先前存储的ECG信号数据,由此提供在实时ECG信号数据与所存储的ECG信号数据之间的联系。该算法服务器还可从不同的数据库比如医院信息***(HIS)中获得其他相关的医学信息。该算法服务器可包含多个ECG算法,并利用当前和先前采集的ECG信号数据以及诸如病人病史之类的门诊信息来运行这些算法中的一个或多个。
本发明的多层***对ECG信号数据提供快速、彻底的分析和解释,并且可以提供多种不同的分析。该多层结构使***能够具有好得多的可伸缩性,即处理由不同用户所需的大量要求的能力。另一优点在于,因为这些算法在中间层算法服务器中被存储和运行,所以对如上所述的数据库的操作将存在最小的破坏,所述数据库通常包括提供众多其他功能的医院或门诊的中央计算机。又一优点在于,在算法服务器上将运行一致版本的算法,而对于单独的采集或其他设备,不同版本的软件可以在不同设备上运行。
通过结合附图参考下面的详细描述将进一步理解本发明。
附图说明
在附图中:
图1是用于心脏病学和病人监护数据分析的本发明的多层***的概括示意图。
图2是用于本发明***中的采集单元的详细示意图。
图3A-3E示出在执行实时病人监护数据分析时本发明的***的操作。
图4是由在图1至图3中说明的***的操作所产生的监护数据的显示。
图5A-5G示出采用在算法服务器与采集单元和数据库之间的双向数据流的本发明的多层病人监护数据分析***的使用。
图6示出如以图5所示的方式使用的由装置所产生的显示。
图7A-7E示出本发明的***的操作,其中在采集单元和算法服务器上都运行算法,并且其中可通读和/或编辑ECG数据。
具体实施方式
用于分析和解释从病人12获得的ECG信号数据的本发明的***10的实施例包括采集单元14、算法服务器16和数据库18的多层布置,如图1中概略性所示。
如图2所示,采集单元14被耦合到对病人12的胸部和四肢所施加的电极20。采集单元14经由病人连接电缆22采集实时ECG信号数据。所选的电极对或导联被用于采集标准的多导联心电信号数据。采集单元14可以是诸如心电图机、床旁病人监护仪、Holter病人监护仪或其他合适的监护仪之类的设备。采集单元14也可以是嵌入蜂窝电话、电子信息传送单元、个人数据管理器、寻呼机等等中的便携/手持设备。
采集单元14包括采集电路24,用于执行ECG信号数据的初始处理,例如导联连接质量确定、滤波、前置放大等等。采集电路24还包括模数转换电路26,用于将电缆22中的模拟ECG数据信号转换成数字化信号。
采集电路24被连接到具有中央处理单元的信号处理器28,用于控制采集单元14的操作,并且执行处理或者在采集单元14中所执行的信号数据的其他使用。用于存储ECG信号数据的存储器30被耦合到信号处理器28。采集单元14还可包括显示器32,用于提供心电信号数据的图形和/或文本显示。显示器32通常包括阴极射线管、液晶显示器或其他用于对数据提供视觉可觉察的指示的合适装置。可选地或另外,打印机以条带或纸张的形式提供ECG数据的纸拷贝34。采集单元14还包括发射器/接收器36,其从采集单元14发射信息并为采集单元14接收信息。
采集单元14被连接到算法服务器16。算法服务器16可以包括例如由General Electric Co.的General Electric Healthcare unit制造销售的名为“Muse”的计算机服务器。服务器16包含计算机算法、程序或其他用于对ECG信号数据执行期望的分析和解释的指令。算法服务器16优选地包含多个ECG算法,以便允许使用不同的算法来获得不同的结果或者组合这些结果,从而获得病人的更鲁棒的心脏分析。
算法服务器16被连接到用于数据库18的存储设备。数据库18可以被包含在诸如医院或门诊的健康服务提供者的中央计算机或主计算机中。数据库18可包括医院信息***(HIS)的部件。或者,数据库18可包括***10的专用数据库。先前获得的ECG信号数据以及其他病人信息被存储在数据库18中。
***10的部件之间的连接可以是有线的或无线的。或者,该连接可通过计算机网络例如***域网(LAN)或无线LAN、安全广域网(WAN)或无线WAN或安全因特网连接来实施。算法服务器16和用于数据库18的存储设备还有可能形成相同计算机服务器单元的部件。
图3A-3E概略地示出***10的一种操作方式。该操作被显示为多导联ECG信号数据的实时局部缺血监护。在胸痛门诊中通常可执行这种操作,以帮助确定在遭受严重胸痛的病人体中诸如急性心肌梗塞或急性心肌缺血的状况的存在。该操作由在其中一个部件处或通过到/来自诸如心脏病学实验室之类的远程位置的链路对该***的请求而启动。
如图3A所示,在利用本发明的***10执行这种分析和确定时,采集单元14经由电缆22采集来自病人12的ECG信号数据。该信号数据通常将是12/15导联的ECG信号数据。在对采集单元14的采集电路24和/或信号处理器28中所采集的实时数据进行初始处理之后,将ECG信号数据上载到算法服务器16,如图3B所示。如图3B所示,将会认识到,在诸如胸痛门诊之类的机构或者为众多病人执行心脏监护的医院单位中,多个采集单元14a、14b、14c可与算法服务器16通信。
算法服务器16然后运行适当的计算机算法来处理从数据采集单元14所接收的ECG信号数据。参见图3C。在一个实例中,该算法可以是持续跟踪所采集的ECG信号数据的形态的跟踪算法。在该算法运行结束之后,可将结果回送给采集单元14,如图3D所示,并显示在采集单元的显示器32或34上或者在诊所或医院中某一其他合适的位置上。参见图3E。在图4中示出了由算法服务器16中的ECG形态跟踪算法所产生的显示的典型实例,该实例示出了连续ST-T波监护的显示。
图5A-G示出多层***10的进一步使用。具体而言,图5示出在执行心电数据的实时串行比较时***10的使用。这种比较还常常被用在监护病人诸如急性心肌梗塞或急性心肌缺血之类的状况的胸痛门诊中。图5A-5G示出多层***10的使用,其中在算法服务器16与一个或多个采集单元14之间出现双向数据流,以及在算法服务器16与一个或多个数据库18之间也出现数据流。在算法服务器16从采集单元14获得实时数据并从数据库18获得先前存储的数据之后,算法服务器16可以运行不同类型的算法以用于对心电数据提供期望的分析,并将结果回送给采集单元14或/和数据库18。如果需要立即护理,还可将来自采集单元14的分析结果和原始数据发送给主治的临床医生。
如图5A所示,在这种应用中,数据采集单元14经由ECG电缆22采集来自病人12的实时ECG信号数据。在图5B中,将来自一个或多个采集单元14的ECG信号数据上载到算法服务器16。为了执行ECG数据的比较的目的,算法服务器16向用于数据库18的存储设备请求先前从病人12获得的心电数据。所请求的ECG数据通常将是从病人12的紧接的前一次心电检查中所取得的,而由临床医生所期望的任何存储的ECG信号数据可以从数据库18获得。在图5C中示出由算法服务器16向数据库18的数据请求,以及在图5D中示出把由数据库18先前获得的ECG信号数据发送到算法服务器16。图5C表明先前获得的信号数据可以在大量数据库位置18、18a、18b等处找到并从其获得。
此后,算法服务器16运行串行比较算法,如图5E所示,以对从病人获得的最近的ECG信号数据与从病人获得的先前的ECG信号数据的形态和其他方面进行比较。然后可以将比较结果发送给合适的设备,以供心脏病专家或其他临床医生检查。图5G示出为此目的而使用采集单元14来显示和/或打印出结果,但是诸如心脏病学实验室工作站之类的任何合适的显示器可以用来检查这些结果。
图5A-5G所示的过程是实时进行的,即在接收来自病人12的ECG信号数据时,从而导致分析和解释ECG信号数据以及诊断病人12的心脏状况的过程的加速。该过程可以按照需要或以固定的间隔进行重复,以使病人的心脏状况随时间的任何变化将变得明显。
图6示出由以图5E的方式操作的算法服务器16所产生的、并可在采集单元14上显示的典型串行ECG比较报告。
在算法服务器16中所包含的算法或程序可以是这样的算法或程序,其允许临床医生在检查由ECG算法产生的结果之后,把数据或编辑的解释提供给采集单元14或服务器16之一或二者。参见图5G的90。例如,如果如由数据比较所确定的来自病人10的心电数据没有显著变化,则这允许操作装置10来提取由服务器16中的算法所做出的先前的诊断或者先前诊断的一部分。这种程序还允许使用先前检测到的心电数据的P波部分,以便改进当前的节律检测。数据或编辑的解释的供给可由适当的数据输入设备来提供,例如图5G所示的键盘92。
图7A-7E示出***10以这样的方式的操作,即采集单元14运行一个ECG算法,而算法服务器16运行一个不同的ECG分析或解释算法。如图7A所示,采集单元14经由ECG电缆22采集来自病人12的心电数据。在图7B中,采集单元14采用信号处理器28来运行算法,例如存储在信号处理器中的实时心跳或心律失常检测算法。
而且如图7B所示,采集单元14将ECG信号数据上载到算法服务器16。如图7C所示,算法服务器16运行一个与在采集单元14中运行的不同的ECG分析算法。例如,算法服务器16可以运行实时形状分析算法。如图7D所示,从运行这两个计算机程序所获得的数据分析结果可以被提供给临床医生以用于更准确地诊断病人12的心脏状况。从由服务器16中的算法所执行的分析而获得的形状分析信息可以改进由运行在采集单元14中的算法所执行的实时心跳心律失常分析。
除了在算法服务器18和另外在采集/监护仪单元14中运行算法的***10的实施例之外,本发明的***10还可使用不同于从采集单元14获得的实时信号数据的其他数据。例如,可以以图5C和5D所示的方式从数据库18获得附加的数据。这种附加数据例如可以包括源自病人群体的数据。
除了利用在数据库18中存储的数据,装置10还可使用由临床医生利用装置10所输入的信息。如图7E的块100所示,临床医生读取所显示的关于心电数据的节律和形状的图形或文本ECG结果。然后临床医生通过设备102将解释的数据输入到采集单元14中,以用于运行在采集单元14中的算法和/或运行在算法服务器16上的算法。这种通读改进了装置10所确定的总精度,以及确认由在算法服务器16和采集单元14中的算法所作的计算机化ECG解释的精度。
使用病人监护的编辑的解释的其他实例包括基于编辑的解释的实时心律失常分析。在这一应用中,对整个编辑的心律失常按目录分类(cataloge),以用于改进在采集单元14中所执行的心律失常识别。能够改进心律失常状况的计算机化识别的编辑的心率失常的实例包括:从历史ECG信号数据以及实时采样的ECG信号数据的片段中学习R-R间期模式,以使能够正确地识别心房颤动。该R-R间期是在ECG数据中连续心跳波形的QRS部分的主R峰之间出现的时间间隔。编辑的心律失常的另一实例包括:验证起搏(pace)节律和相应的速率,以使在将来的起搏事件期间正确地识别它们。更进一步,编辑可用于对取决于速率的传导异常进行验证,以使这一心律失常可以由采集单元14正确地标记。
另一实例是基于编辑的解释的实时轮廓分析。在这一应用中,对在ECG信号数据中波形的整个编辑的轮廓按目录分类,以用于改进在数据采集单元14中所执行的轮廓识别。例如,可以测量并确认在ECG波形中出现的各种间期例如Q-T间期、P-R间期以及QRC复合波的持续时间,以使正确地识别和测量将来的跳动。类似地,可以使用并非诸如具有劳损的左心室肥厚所特有的那些之类的急性过程的结果的复极化异常的识别,以特别作为用于改进轮廓识别的参考测量。或者,可以编辑包括测量点例如J+60、J+80等的显著S-T间期偏移的识别,以使能够在将来的事件中识别它。轮廓识别还可用来确定某些药物对ECG信号数据的波形的Q-T间期的影响。
可以在***10中输入以改进由在数据采集单元14和/或算法服务器16中的算法所执行的计算机化分析的编辑的信息的实例的另一非限制性列表包括下面涉及ECG的形态:通过正确标记心电数据的T波部分所固定的心电数据的QRS特征节律;右束支阻滞的双检测;用于过早心室收缩(PVC)的偶联间期验证,以使随不同偶联间期出现的伪影更可能被识别为伪影;P波形态或模板的正确识别,以用于后续的心房检测;人工起搏的跳动的正确识别,以使算法服务器16或采集单元14的算法不指示心室自身的(RBBB)或左束支阻滞(LBBB)的正确识别,以使能够异常传导对异位地唤起跳动;Q-T间期的正确识别,以使趋势能够基于编辑的测量;以及P-R间期的正确识别,以使能够基于编辑的测量来进行第一度房室(AV)阻滞的趋势。
虽然已经结合具有在算法服务器16中运行的单个ECG分析算法的图7描述了本发明的***10,但是将会认识到,如上所述,可以使用多种算法,并将结果和特征结合起来以改进单次检测和解释的精度。例如,对于连续12导联ECG数据,有可能在算法服务器16上同时运行12导联ECG解释、心率变异性和T波交替算法。
各种替代和实施例被设想为在下面特别指出并明确要求视作本发明的主题的权利的权利要求的范围内。
附图标记列表
10 ***
12 病人
14 采集单元
16 算法服务器
18 数据库
20 ECG电极
22 病人连接电缆
24 采集电路
26 模拟/数字转换电路
28 信号处理器
30 存储器
32 显示器
34 纸拷贝
90 数据输入/编辑
92 数据输入设备
100 数据输入
102 数据输入设备
Claims (10)
1、一种用于ECG信号数据分析的***(10),包括:
一个或多个采集单元(14),用于从病人接收ECG信号数据;
存储设备,用于一个或多个包含所存储的ECG信号数据的数据库(18);
算法服务器(16),其被置于所述一个或多个采集单元(14)与所述数据库存储设备之间,所述算法服务器包含一个或多个ECG分析算法;以及
将所述采集单元连接到所述算法服务器并将所述数据库存储设备连接到所述算法服务器以用于执行ECG信号数据分析的装置。
2、根据权利要求1所述的***,其中所述一个或多个数据库(18)包括医院信息***数据库和专用数据库中的至少一个。
3、根据权利要求1所述的***,其中所述连接装置至少部分地包括下列之一:有线连接装置、无线连接装置、***域网、安全广域网、或安全因特网连接。
4、根据权利要求1所述的***,其中所述数据库存储设备和所述算法服务器(16)形成通用装置的单元。
5、根据权利要求1所述的***,其中所述算法服务器(16)包含算法,该算法利用了从所述一个或多个采集单元(14)中获得的实时ECG信号数据和从所述一个或多个数据库(18)中获得的所存储的ECG信号数据。
6、根据权利要求5所述的***,其中所述算法服务器(16)包含下列之一:串行ECG信号数据比较算法、ECG信号数据形态算法、或心律失常分析算法。
7、根据权利要求1或6所述的***,进一步包括用于把数据或编辑的解释输入***(10)的装置(92)。
8、根据权利要求7所述的***,其中所述一个或多个采集单元(14)包含ECG心律失常识别算法,并且所述输入装置(92,102)输入与在ECG信号数据中波形的轮廓有关的数据或编辑的解释。
9、根据权利要求7所述的***,其中所述输入装置(92,102)输入数据或编辑的解释,以供在对ECG信号数据特征按目录分类时使用。
10、根据权利要求1所述的***,其中所述一个或多个数据库(18)具有用于挖掘所述一个或多个数据库的数据的装置。
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